Электрометрический преобразователь заряда

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в преобразователях заряда. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя заряда по цепям питания. Преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2, аналоговый ключ 3, компенсационный усилитель 4 постоянного тока, блок 5 слежения-хранения, дополнительный конденсатор 6, высокоомный резистор 7, делитель напряжения на резисторах 8 и 9, нелинейный резистор 10, выполненный на двух встречно-параллельно включенных эмиттерных переходах транзисторов 11 и 12, блок 13 управления, электрометрический предусилитель 14 и операционный усилитель 15. Электрометрический предусилитель 14 содержит две комплементарные пары МДП-транзисторов 16-19. Такое выполнение предусилителя 14 расширяет динамический диапазон входных сигналов и повышает помехоустойчивость в период начальной установки преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1506 (51) 4 G 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4166084/24-21 (22) 24.12 86 (46) 07.09.89. Бюл. У 33 (72) А.В.Есаулов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1104426, кл, G 01 R 19/00, 1984, Авторское свидетельство СССР

 1448292, кл. С О1 R 19/00; 1986.

2 (S4) ЭЛЕКТРОЖТРИЧЕС151И 11РЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЗАРЯДА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в преобразователях заряда.

Целью изобретения является повьппение помехоустойчивости преобразователя заряда по цепям питания. Преоб1

1506368 разователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2, аналоговый ключ 3, компенсационный усилитель 4 постоян5 ного тока, блок 5 слежения-хранения, дополнительный конденсатор 6, высокоомиый резистор 7, делитель напряжения на резисторах 8 и 9, нелинейный резистор 10,.выполненный на двух 10 встречно-параллельно включенных эмиттерных переходах транзисторов 11 и

12, блок 13 управления, электромеханический предусилитель 14 и операционный усилитель 15. Электрометрический предусилитель 14 содержит две комплементарные пары МДП-транзисторов 16

19, Такое выполнение предусилителя

14 расширяет динамический диапазон входных сигналов и повышает помехоустойчивость в период начальной установки преобразователя. 1 з ° и. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Цель изобретения — повышение помЕхоустойчивости преобразователя по цепям питания.

На фиг, 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие его работу. 25

Электрометрический преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, выход которого соединен с выходом устройства, интегрирующий конденсатор 2, включенный меж- 30 ду входом устройства и выходом усилителя 1, аналоговый ключ 3, последовательно соединенные между выходом усилителя 1 и его входом компенсации усилитель 4 постоянного тока и блок

5 слежения-хранения, дополнительный конденсатор 6, высокоомный резистор

7, делитель напряжения на резисторах

8 и 9, нелинейный резистор 10, выполненный на двух встречно и парал- 40 лельно включенных эмиттерных переходах транзисторов ll и 12, и блок

13 управления.

Электрометрический усилитель 1 содержит электрометрический предусили- 45 тель 14 и операционный усилитель 15.

Электрометрический предусилитель 14 вь»»»олнен в виде интегральной схемы, содержащей две комплементарные пары

1»ДП-транзисторов 16, 17 и 18, 19, исток и подложка транзистора 16 с каналом и-типа соединены с шиной источника положительного напряжения (+E), исток и подложка транзистора

17 с каналом р-типа соединены с ши55 ной источника отрицательного напряжения (-Е). Стоки транзисторов 16 и 17 подключены к выходу предусилителя 14 и неинвертирующему входу усилителя

15, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход — с выходом усилителя 1. Затворы транзисторов 16, 17 и 18, 19 соединены с входом предусилителя 14 и информационным входом усилителя 1 стоки и истоки транзисторов 18 и 19 объединены и подключены к входу компенсации предусилителя 14 и соответственно усилителя 1, подложки этих транзисторов подключены соответственно к шинам источников положительного (+Е) и отрицательного (-Е) напряжения, Резистор 7 присоединен между входом устройства и входом усилителя 1.

Нелинейный резистор 10 подключен между входом усилителя 1 и выходом делителя напряжения на резисторах 8 и

9, к. которому через ключ 3 подключена общая шина. Первый вход этого делителя подключен к общей шине через конденсатор 6, а второй вход — к выходу усилителя 1. Вход блока 13 подключен к входу "Сброс" устройства, первый выход — к входу управления блока 5 и к шине разрешения измерения, а второй выход — к входу управления ключа 3, Электрометрический преобразователь заряда функционирует следующим образом.

После подачи питающих напряжений выходное напряжение электрометрического усилителя 1 имеет некоторый уровень, отличный от нулевого (фиг. 2а, интервал времени t;t „). Остаточное выходное напряжение усилителя 1 обу" словлено напряжением его смещения нуля и набросом заряда на конденсатор

2 во время переходного процесса в схеме устройства при поступлении питающих напряжений. До момента времени

t » поступления команды "Сброс"

5 150636 (фиг. 2б) на проведение коррекции тока смещения нуля электрометрического усилителя 1 на вход блока 13

I 7 напряжения U, и U на выходах послед13 5 него равны нулю (фиг. 2 в, г) . При этом ключ 3 остается замкнутым, а блок 5 находится в режиме хранения.

Так как при замкнутом ключе 3 нелиней— ная отрицательная обратная связь, элементами которой являются нелинейный резистор 10 и резистор 9, разомкнута, то при отсутствии измеряемых входных сигналов изменение выходного напряжения усилителя 1 определяет- 15 ся величиной проинтегрированного входного тока устройства. Входной ток, в свою очередь, определяется суммой паразитных токов изоляторов, входным током смещения усилителя 1 и паразит- 20 ным током -источника сигнала, В момент времени t на первом выходе блока 13, который может быть выполнен, например, в виде двух последовательно включенных одновибраторов, появляется вы- 25 сокий уровень напряжения, ключ 3 размыкается до момента времени tg. В течение интервала времени t t 3 нелинейная отрицательная обратная связь замкнута и происходит разряд интегри- 30 рующего конденсатора 2. Остаточное напряжение в конце интервала времени определяется напряжением запирания эмиттерного перехода одного из транзисторов 11 HJIH 12 (B зависимости от полярности выходного напряжения электрометрического усилителя 1) и составляет 0,3-0,5 В. В момент времеI ни t напряжение U „принимает низкий

2 уровень, а напряжение U — высокий 40 уровень, ключ 3 замыкается. В течение интервала времени t --t на управляю3 4 щий вход блока 5 поступает сигнал высокого уровня, блок 5 находится в режиме слежения. Выходное напряжение 45 усилителя 1 усиливается усилителем 4 и через блок 5 поступает на вход компенсации усилителя 1, Так как сопротивление утечки между затворами МДПтранзисторов 18 и 19 составляет десятки и сотни гигаом, то выходное напряжение 11 (фиг. 2д) преобразуется в ток, величина которого близка величине входного гока усилителя 1 и противоположна ему по знаку. К концу интервала времени t -t выходное напряжение усилителя 1 становится близким к нулевому уровню. Его величина не равна нулю за счет ошибки статизма вследствие конечной величины коэффициента усиления усилителя

4 и за счет наличия напряжения смещения нуля усилителя 4. Однако при этом. результирующий входной ток усилителя 1 уменьшается в 10 — 10 з раэ, 2

В момент времени t4 напряжение U» принимает низкий уровень, а блок 5 переходит в режим хранения и хранит величину напряжения компенсации, которое в режиме измерения поступает на компенсационный вход усилителя 1, В момент времени t на вход элек5 трометрического преобразователя заряда поступает сигнал Q > (фиг. 2е), например, с выхода пьезокварцевого датчика давления, который преобразуется в ток, интегрируемый конденсатором 2. Выходное напряжение U> усилителя I пропорционально уровню входного сигнала и имеет противоположный ему знак. После преобразования входного сигнала, перед очередным измерением, проводятся повторный сброс интегрирующего конденсатора 2 и компенсация тока смещения преобразователя заряда. При возникновении перегрузок, т.е. в моменты времени, когда выходной каскад усилителя 1 насыщается и нарушается цепь отрицательной обратной связи, входное напряжение предусилителя 14 ограничивается на уровне отпирания эмиттерного перехода одного из транзисторов 11 или 12, т,е, на уровне 0,6-0,7 В, так как ключ 3 замкнут. Таким образом достигается надежная защита предусилителя 14 от перегрузок по входу, Благодаря введению резистора 7 с сопротивлением R выходной сигнал устройства через интегрирующий конденсатор 2 и резистор 7 поступает на вход предусилителя 14 и ослабляется в N раэ, где И=В 1/R R — сопротивление нелинейного резистора

10 причем к является нелинейной функцией приложенного напряжения (чем больше это напряжение, тем меньше величина R<). Если выбрать соотношение N таким, чтобы напряжения отпирания р-п-переходов транзисторов 11 и 12 соответствовали (или незначительно их превышали) уровням входных сигналов, при которых происходит насыщение выходного каскада операционного усилителя 15, то после исчезновения помехи, выходное на7 1 506. 368 8 пряжение устройства равно начальному уровню, Таким образом, введение резистора 7 позволяет повысить помехоустойчивость электрометрического преобразователя.

Введение конденсатора 6 позволяет уменьшить амплитуду импульсных помех, поступающих с выхода усилителя 15, а также повысить устойчивость контура регулирования, включающего усилитель 1, делитель напряжения, выполненный на резисторах 8 и

9, и нелинейный резистор 10.

Выполнение предусилителя в виде комплементарной пары позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов (т.е, расширить линейный участок работы предусилителя) и повысить помехоустойчивость в период начальной установки преобразователя, Формула изобретения

1, Электрометрический преобразова- 25 тель заряда, содержащий электрометрический усилитель, выход которого подключен к выходу преобразователя и второй обкладке интегрирующего конденсатора, первая обкладка которого соединена с входом преобразователя, с выходом электрометрического усилителя соединен вход усилителя постоянного тока, выход которого подключен к входу блока слежения-хранения, вход

35 управления которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к входу управления аналогового ключа, а вход— к входу "C6poc преобразователя, де- 40 литель напряжения, выход которого через нелинейный резистор соединен с информационным входом электрометрического усилителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения по-,45 мехоустойчивости.преобразователя по цепям питания, в него введены резис1 тор и дополнительный конденсатор, а электрометрический усилитель снабжен входом компенсации, который соединен с выходом блока слежения-хранения, резистор включен между входом преобразователя и входом электрометрического усилителя, конденсатор включен между первым входом делителя напряжения и общей шиной преобразователя, второй вход делителя напряжения соединен с выходом электрометрического усилителя, а выход через аналоговый ключ соединен с общей шиной-преобразователя °

2, Преобразователь заряда по п. 1, отличающийся тем, что электрометрический усилитель выполнен на электрометрическом предусилителе и операционном усилителе, причем электрометрический предусилитель выполнен в виде интегральной схемы, содержащей две комплементарные пары

МДП-транзисторов, исток и подложка транзистора с каналом и-типа первой пары соединены с шиной источника положительного напряжения, исток и подложка транзистора с каналом р-типа первой пары соединены с шиной источника отрицательного напряжения, стоки транзисторов первой пары подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя, а выхрд — к выходу электрометрического усилителя, затворы транзисторов первой и второй пар соединены с информационным входом электрометрического усилителя, стоки и истоки транзисторов с каналами и- и р-типов второй пары объе-. динены и подключены к входу компенсации электрометрического усилителя, подложки этих транзисторов подключены соответственно к шинам источников положительного и отрицательного напряжения.

1506368

Орос

Р

U1s

lip

Составитель С.Рыбин

Редактор А. Козориз Техред М.Дидык

Корректор М.Шароши с

Тира к 714 Подписное

Заказ 5424/46

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г..ушгород, ул. Гагарина, 101